Дуговая Сварка

Введение

 Под техникой сварки обычно понимают приемы манипулирования электродом или горелкой, выбор режимов сварки, приспособлений и способы их применения для получения качественного шва и т. п. Качество швов зависит не только от техники сварки, но и от других факторов, таких как состав и качество применяемых сварочных материалов, состояние свариваемой поверхности, качество подготовки и сборки кромок под сварку и т. д.
В зависимости от формы и размеров изделия швы можно сваривать в различных пространственных положениях. Условно их разделяют на нижние, вертикальные, потолочные и горизонтальные.
Дуговая сварка металлическими электродами с покрытием в настоящее время остается одним из самых распространенных методов, используемых при изготовлении сварных конструкций. Это объясняется простотой и мобильностью применяемого оборудования, возможностью выполнения сварки в различных пространственных положениях и в местах, труднодоступных для механизированных способов сварки.Существенный недостаток ручной дуговой сварки металлическим электродом, так же как и других способов ручной сварки, - малая производительность процесса и зависимость качества сварного шва от практических навыков сварщика. В первые годы применения дуговой сварки использовались металлические электроды с тонким ионизирующим покрытием, повышающим стабильность дуги. Однако свойства металла шва при этом были низкими. Поэтому в настоящее время подобные электроды для сварки практически не применяют.

Создание и поддержание дуги

Зажигание и поддержание сварочной дуги
Перед зажиганием (возбуждением) дуги следует установить необходимую силу сварочного тока, которая зависит от марки электрода, пространственного положения сварки, типа сварного соединения и др. Зажигать дугу можно двумя способами. При одном способе электрод приближают вертикально к поверхности изделия до касания металла и быстро отводят вверх на необходимую длину дуги. При другом - электродом вскользь "чиркают" по поверхности металла. Применение того или иного способа зажигания дуги зависит от условий сварки и от навыка сварщика.

Длина дуги зависит от марки и диаметра электрода, пространственного положения сварки, разделки свариваемых кромок и т- п. Нормальная длина дуги считается в пределах lд = (0.5 - 1.1)*dэл (dэл - диаметр электрода). Увеличение длины дуги снижает качество наплавленного металла шва ввиду его интенсивного окисления и азотирования, увеличивает потери металла на угар и разбрызгивание, уменьшает глубину проплавления основного металла. Также ухудшается внешний вид шва.

Во время ведения процесса сварщик обычно перемещает электрод не менее чем в двух направлениях. Во-первых, он подает электрод вдоль его оси в дугу, поддерживая необходимую в зависимости от скорости плавления электрода длину дуги. Во-вторых, перемещает электрод в направлении наплавки или сварки для образования шва. В этом случае образуется узкий валик, ширина которого при наплавке равна примерно (0,8 - 1,5)*dэл и зависит от силы сварочного тока и скорости перемещения дуги по поверхности изделия. Узкие валики обычно накладывают при проваре корня шва, сварке тонких листов и тому подобных случаях.

При правильно выбранном диаметре электрода и силе сварочного тока скорость перемещения дуги имеет большое значение для качества шва. При повышенной скорости дуга расплавляет основной металл на малую глубину и возможно образование непроваров. При малой скорости вследствие чрезмерно большого ввода теплоты дуги в основной металл часто образуется прожог, и расплавленный металл вытекает из сварочной ванны. В некоторых случаях, например при сварке на спуск, образование под дугой жидкой прослойки из расплавленного электродного металла повышенной толщины, наоборот, может привести к образованию непроваров.

Иногда сварщику приходится перемещать электрод поперек шва, регулируя тем самым распределение теплоты дуги поперек шва для получения требуемых глубины проплавления основного металла и ширины шва. Глубина проплавления основного металла и формирование шва главным образом зависят от вида поперечных колебаний электрода, которые обычно совершают с постоянными частотой и амплитудой относительно оси шва. Траектория движения конца электрода зависит от пространственного положения сварки, разделки кромок и навыков сварщика. При сварке с поперечными колебаниями получают уширенный валик, ширина которого обычно составляет (2 - 4)*dэл, а форма проплавления зависит от траектории поперечных колебаний конца электрода, т. е. от условий ввода теплоты дуги в основной металл.

Способы повышения производительности

Способы повышения производительности сварочного процесса.
Применение электродов диаметром более 8 мм обычно не позволяет повысить производительность процесса, так как увеличивающийся при этом вес электрода и держателя (в связи с повышением силы сварочного тока) приводит к быстрому утомлению сварщика. То же наблюдается при ручной дуговой сварке трехфазной дугой. Эти способы могут находить ограниченное применение при ванной сварке стержней арматуры железобетонных конструкций. Однако и здесь предпочтительнее применение одного электрода.

При ванной сварке расплавление основного металла осуществляется дугой и частично за счет теплоты, передаваемой изделию перегретым жидким металлом сварочной ванны (рис. 21). Поэтому сварку про- Рис 21 сборка под ванную сварку водят при повышенной силе горизонтальных стержней арматуры: тока. Стык стержней собирают
с зазором в формах: стальной остающейся (из металлической полосы) или медной съемной многократного использования, или графитовой одноразового использования.

Сварку начинают в нижней части формы, расплавляя дугой нижние кромки стыка. До окончания сварки металл в верхней части сварочной ванны стараются поддерживать в расплавленном состоянии на возможно большую глубину и обязательно на всю ширину разделки и формы. Шов наплавляют несколько выше поверхности стержней. Процесс проводят вручную, хотя и были попытки создания установок для механизированной сварки, в которых расплавление электрода происходило автоматически, а их смена выполнялась вручную. Однако установки оказались сложными в эксплуатации и малопроизводительными.

Повышение производительности процесса достигается также применением электродов, содержащих в покрытии железный порошок (см. гл. III). С применением этих электродов сварка возможна только в нижнем положении, так как при сварке в других пространственных положениях увеличенный размер сварочной ванны приводит к вытеканию из нее расплавленного металла. Техника сварки швов в нижнем положении также усложняется по этой причине, но принципиально не отличается от сварки обычными электродами.

При сварке с глубоким проваром (другие названия: опиранием электрода, погруженной дугой и т. д.) повышение производительности сварки достигается за счет более глубокого проплавления основного металла. Сварку выполняют специальными электродами, дающими при их расплавлении козырек повышенных размеров, на который и опирают электрод (см. рис. 70). Сварщик, удерживая электрод под углом 70-85° к поверхности изделия, перемещает его вдоль свариваемых кромок без поперечных колебаний. Используется максимально допустимый ток. Выделяющиеся при расплавлении электрода газы, оттесняя расплавленный металл сварочной ванны из-под дуги, увеличивают глубину проплавления, которая регулируется изменением угла наклона электрода и скоростью его перемещения. Сварку выполняют в нижнем положении стыковых и угловых швов.

При способах сварки лежачим и наклонным электродами также применяют специальные электроды, расплавление покрытия которых, образуя козырек определенных размеров, предупреждает короткое замыкание дуги. Повышение производительности труда достигается за счет того, что один сварщик одновременно обслуживает несколько дуг. Лежачим электродом (рис. 22, а) сваривают стыковые и нахлесточные соединения и угловые швы на стали толщиной 0,5-6 мм. Используют электроды диаметром 2,5-8 мм и длиной до 2000 мм. Электрод укладывают на стык, подлежащий сварке, и накрывают сверху массивным медным бруском, изолированным бумагой от изделия, для предупреждения возможного обрыва дуги из-за деформации электрода при его
расплавлении. Дугу зажигают замыканием рабочего конца электрода угольным стержнем или металлическим электродом и перемещают по мере расплавления электрода.

Для сварки этим способом удобнее использовать специальные станки. Этот способ сварки может быть использован для сварки неповоротных стыков труб, т. е. сварки шва в различных пространственных положениях. Для направления дуги в корень шва и управления переносом электродного металла в сварочную ванну, а также для удержания расплавленного металла сварочной ванны от вытекания в различных пространственных положениях используют создаваемое внешними электромагнитами специальной конструкции магнитное поле.

Способ сварки наклонным электродом (рис. 22, б) разработан в СССР в середине 30-х годов. В настоящее время его применяют за границей под названием гравитационная сварка. При сварке электрод закрепляют в штативе, устанавливаемом на поверхность изделия, через изолирующую подкладку; по мере его оплавления он опускается с обоймой под действием веса. Токоподвод осуществляется непосредственно к электроду или обойме. Глубину проплавления и ширину шва регулируют изменением угла наклона электрода alfa.

В практике в небольшом объеме находят применение установки для механизированной дуговой сварки металлическими электродами с покрытием (штучными). В них поддержание дуги и ее перемещение вдоль' свариваемых кромок происходит автоматически. Электроды сменяют вручную при остановке перемещения автомата или без его остановки. Повышение производительности процесса сварки достигается за счет обслуживания сварщиком двух установок и более.